Folie 1

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Luftbildanalyse und Fernerkundung 2.
Einheit - 20. Oktober 2005 Beginn 1400
c.t. Folien zur Vorlesung unter http//homep
age.univie.ac.at/thomas.engleder neu
Hörer/innen bitte in die Liste eintragen
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(No Transcript)
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alternativ zu Google Earth maps.google.com
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IR-Aufnahme von GOES12GOES (Geostationary
Operational Environmental Satellite) of
NOAA (National Oceanographic and Atmospheric
Administration)
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On the morning of October 19, 2005 National
Oceanographic and Atmospheric Administration
(NOAA) aircraft measured a pressure of 882
millibars in the center of Hurricane Wilma,
making Wilma the most intense hurricane ever
observed in the Atlantic basin. This image
shows infrared and visible data collected by
NOAAs Geostationary Operational Environmental
Satellite (GOES), combined with color land
surface data collected by NASAs Moderate
Resolution Imaging Spectroradiometer instrument.
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IR-Aufnahme (Hurrican Wilma) This is a satellite
image taken by a weather satellite located 22,300
miles above the Earth. North American images are
taken by the GOES (Geostationary Operational
Environmental Satellite) weather satellite while
other images around the world are taken by GMS5
and METEOSAT. It shows current cloud cover with
the white and grey areas representing cloud
cover. This map is useful in tracking the
movement of storm systems, particularly where
radar data is not available. Some of our
satellite images are color enhanced. Located at
the top of the map, a key shows how the color of
cloud tops relates to how cold they are.
Occasionally, the highest, coldest cloud tops
produce the heaviest precipitation.
Wasserdampf
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Hurricane Katrinahttp//www.spaceimaging.com
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Erdbeben Pakistan/Indien http//www.spaceimaging.c
om
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Was ist Luftbildanalyse und Fernerkundung? Die
menschliche Umwelt unterliegt ständiger
Veränderung. Naturgegebene Veränderungen ... z.
B. fließendes Wasser Wetter
Vegetation nach Jahreszeiten, ... Vielzahl
menschlicher Aktivitäten, die
Wasserflächen, Landoberfläche u.
Atmosphäre beeinflussen.
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• Für Beobachtung, Planung, Monitoring, etc. sind
  ...
• ... Informationen über den physikalischen Zustand
  der Umwelt notwendig.
• ?... 3 Arten von Datengewinnung

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Direkte Messung Das Messgerät befindet sich am
Ort der Messung(z. B. Temperaturmessung mit
Thermometer) Fernmessung Messgerät am Ort der
Messung ... Anzeige fern davon (z.B. meteorol.
Temperaturmessung in der Atmosphäre durch
Radiosonden) Fernerkundung Das Messgerät
befindet sich in einiger Entfernung vom Ort der
Messung die zu messende Größe wird aus der vom
Messobjekt reflektierten oder emittierten
elektromagnetischen Strahlung abgeleitet (z. B.
Temperaturmessung von Wasseroberflächen vom
Flugzeug aus mit einem Thermal-Scanner)
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Fernerkundung ist also ein indirektes
Beobachtungsverfahren. Sie liefert Informationen
über Gegenstände, ohne dass diese unmittelbar
berührt werden müssen. Im engeren Sinne versteht
man unter Fernerkundung Verfahren, die ... 1)
zur Gewinnung von Informationen die
elektromagnetische Strahlung benutzen, die von
einem beobachteten Objekt abgestrahlt wird, 2)
die Empfangseinrichtungen für diese Strahlung in
Luftfahrzeugen (idR Flugzeuge) oder
Raumfahrzeugen (idR Satelliten) mitführen 3) zur
Beobachung der Erdoberfläche mit allen darauf
befindlichen Objekten, der Meeresoberfläche oder
der Atmosphäre dienen
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Unter den Verfahren der Fernerkundung sind jene
besonders wichtig, die zu eine bildhaften
Widergabe der Erdoberfläche führen. Jedes
abbildende Fernerkundungssystem besteht aus 3
Teilen
aus Albertz, 2001
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• Datenaufnahme
• Sensor empfängt elektromagnet. Strahlung, die
  von Gegenständen der Erdoberfläche ausgeht
  diese Strahlung wird in Bilddaten umgesetzt
• Datenspeicherung
• es entstehen Luft- oder Satellitenbilder
• Datenauswertung
• Photogrammetrie (v.a. geometrisch orientierte
  Bildmessung z.B. zur Herstellung topogr.
  Karten)
• Interpretation (v. a. inhaltlich orientiert
  Eigenschaften der Erdoberfläche und den darauf
  befindlichen Objekten

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Klare Trennung zwischen Messung und
Interpretation ist aber nicht möglich und
zielführend. In der Photogrammetrie müssen z.B.
topographisch wichtige Objekte erkannt d.h.
interpretiert werden. Andererseits sind bei der
Interpretation oft Messungen notwendig wie
Länge von Flussläufen, Böschungshöhen, Die
erfolgreiche Interpretation von Luft- und
Satellitenbildern setzt voraus Sachkenntnis
hinsichtlich des Gegenstands der
Interpretation ? fachlicher Art (z.B. Geologie,
Tektonik, ? regionaler Art (z.B. landeskundl.
Kenntnis, ) Informationen über Enstehung der
Bilder ihre Eigenschaften ? volle Ausschöpfung
der Interpretationsmöglichkeiten ? um
Fehlinterpretationen zu vermeiden
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Historische Entwicklung Prähistorische Vorzeit
Die Methodik der Fernerkundung  (i.w.S.) ist
eine bereits zu prähistorischen Zeiten genutzte
Vorgehensweise der Menschen um schnell
raumbezogen Informationen zu gewinnen. Man muß
davon ausgehen, daß bereits frühe Hominiden sich
freistehende Bäume in den Savannen Afrikas
suchten, um aus der Höhe in die Ferne zu blicken
und so den Horizont nach Beute oder drohenden
Gefahren abzusuchen.
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Der grundlegende Vorteil dieses Verfahrens liegt
in dem großen Rauminformations- und Zeitgewinn,
den eine erdbodengestützte Erkundung nicht
erbringt. Dieses Grundmuster hat sich in der
Menscheitsgeschichte bis zum heutigen Tage
erhalten (z.B. Wacht- und Aussichtstürme,
Ferngläser, Teleskope, Erdbeobachtungs- und
Spionagesatelliten etc.).
Habsburgwarte am Hermannskogel, höchster Punkt
Wiens, 542 m NN, 1. Festpunkt Österreichs
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Historische Entwicklung Zeitalter der
Industrialisierung Erst mit Beginn der Luftfahrt
im ausgehenden 19. Jahrhundert,  welche
unabhängig aber etwa zeitgleich zur Entwicklung
der Photographie erfolgte, fand die moderne
analoge Geofernerkundungsmethodik ihren Ursprung.
Die Beobachtung der Erdoberfläche aus der Luft
hat bereits die Ballonfahrer fasziniert.
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Rekonstruktion des historischen Ballonfluges der
Gebrüder Montgolfier 1783 über Paris (Nat.
Geogr. Mag., Vol. 12, 1983) vgl. Prinz 2003
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Erste photographische Bilder vom Ballon aus
gelangen G.F.Tournachon (alias NADAR), über Paris
im Jahre 1858.
G.F.Tournachon, 1820 1910französ. Fotograf
frühe Aufnahmen von Parisdurch G.F.Tournachon
aus einem Ballon
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Ältestes erhaltenes LuftbildBoston aus einem
Ballon in 1.200 Fuss Höhe am 13. Oktober
1860 James Wallace Black
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In den folgenden Jahren versuchte man die ersten
Luftbilder mittels Brieftauben, Raketen, Drachen
oder kleinen Steigballons aufzunehmen.
Luftaufnahmen mit Tauben, 1903, Bayern
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Erst mit der Entwicklung der Flugzeugtechnik
Anfang des 20. Jahrhunderts wurden verstärkt
photographische Schrägaufnahmen der Erdoberfläche
gewonnen. Hierbei handelte es sich meist um
Einzelaufnahmen, die in keinem systematischen
Schema untergebracht waren und kaum
wissenschaftliche Anwendung fanden.
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Luftbild, 1925
25
Luftbild, 1925
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Zeppelin über Berlin, 1930er Jahre
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Moderne Erkundung Im Verlaufe des 1.
Weltkrieges (1914-18) wurde aus militärischen
Gründen die kontinuierliche photographische
Reihenaufnahme aus der Luft von strategisch
wichtigen Geländabschnitten von allen
Kriegsparteien vorangetrieben. Nach Kriegsende
flossen die gesammelten Erfahrungen in das
erstmals zivile auflebende Luftbildwesen ein,
welches ab ca. 1920 für forstliche,
archäologisches und allgemeine geographische
Zwecke konzipiert wurde (z.B. Landesaufnahmen,
Expeditionen, Erkundung, Kartographie, etc.).
Der wissenschaftliche Nutzen der
Luftbildtechnik wurde erstmals systematisch 1939
durch Carl Troll (Geographie, Landschaftsökologie)
untersucht.
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systematische Luftbildaufnahme, 1933
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Während des 2. Weltkrieges (1939-45) dominierten
wieder militärischen Fragestellungen das
Luftbildwesen. Wichtige taktische Operationen
konnten ohne Aufklärungsflüge und dem Einsatz von
Reihenmeßkameras nicht mehr vorbereitet oder
nachträglich auf Erfolg überprüft werden. Es
wurde so erstmals die Herstellung von
Luftbildplanwerken umgesetzt, die eine
systematische Fernerkundung ermöglichten und noch
heute in Form von Befliegungsplänen realisiert
werden. Zugleich wurden erste Routineeinsätze
mit Farbfilmen für die Luftbildaufnahme
durchgeführt, wobei z.T. bereits Infrarot-Filme
erprobt wurden.
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Der NE von Münster aufgenommen am 10.10.1943
durch britische Aufklärer nach einem
Bombenangriff Imperial War Museum, London
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Intstallation einerLuftbildkamera zur militär.
Aufklärung von Nord-Korea durch die USA 1950
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Digitales Zeitalter Nach Ende des Krieges
trieben besonders US-amerikanische Institutionen
die zivile Fernerkundung (engl. remote sensing)
technisch voran, so daß die Luftbildinterpretation
zur ersten eigenständigen Disziplin der
Geofernerkundung wurde. Colwell forcierte
besonders die Verwendung von Farbinfrarotfilmen
für die vegetationskundliche Forschung. Der
Einsatz derartig neuer Techniken erwies sich auch
für die anderen Geodisziplinen vorteilhaft
(Bodenkunde, Geologie, Geomorphologie,
Kartographie etc.). Mit fortschreitender
technischer Entwicklung fanden in den sechziger
Jahren neue Abtast-Systeme (engl. scanner ) oder
Radar-Systeme (z.B. SAR) zunehmend in der
Geofernerkundung Anwendung.
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Etwa 10 Jahre später wurden experimentell
Computer zur einfachen Bildanalyse eingesetzt.
Das analoge Bild mußte somit erstmalig
digitalisiert werden. Die traditionelle analoge
Luftbildinterpretation war somit nur noch eine
Teildisziplin der zunehmend digitaler werdenden
Geofernerkundungsmethodik.
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Eine völlig neue Dimension der Erderkundung wurde
1965 mit den ersten Weltraumflügen
(Gemini-/Apollo-Flüge) erschlossen. Die
Geowissenschaften konnten mehr Gewinn aus den
gewonnenen kleinmaßstäblichen Aufnahmen ziehen
als erwartet war. Man sprach daher von einer
'dritten Entdeckung der Erde'. Mit dem Start
des ersten amerikanischen ERTS-1 Satelliten 1972
(später dann zu LANDSAT umbenannt) wurden
systematisch gewonnene digitale und
multispektrale Aufnahmen der Erdoberfläche
verfügbar bzw. untersucht. Seitdem folgten eine
Vielzahl unterschiedlichster Spezialsatelliten,
welche z.T. auch in technischen
Generationsabfolgen geplant wurden (z.B.
LANDSAT-1 bis 7, oder ERS-1 bis 3, SPOT-1 bis
SPOT-5, etc.).
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Landsat 7
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Mit dem Einsatz von Satelliten wurde auch die
Kommunikationstechnik revolutioniert, welche es
uns erlaubt, die vom Erderkundungssatelliten
gewonnen Daten rasch nahezu überall auswerten zu
können. Heute werden fast monatlich neue
Satelliten in ihre Umlaufbahnen gebracht (z.B.
Quickbird, IKONOS, CRYOSAT), von denen man sich
Aufschlüsse über komplexe Umweltprobleme erhofft
- in einer Zeit der Globalisierung wird dieser
Ansatz immer wichtiger.
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Parallel zu dieser Entwicklung fanden auch
digitale Aufnahmeverfahren in der
Flugzeug-gestützten Geofernerkundung Einzug.
Aufgrund der variablen Flughöhen werden so
unterschiedliche geometrische bzw. radiometrische
Auflösungen erreicht. Individuelle Aufnahmen
reichen vom sichtbaren Spektrum (VIS) über das
Infrarot (IR), die Thermalstrahlung (Thermal IR)
bis in den Mikrowellenbereich (SAR) bei einer
räumlichen Auflösung von einigen Zentimetern bis
Metern.
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Bildverarbeitung Auch die Methoden zur Nutzung
dieses ungeheuer vielfältigen Informationsmaterial
s (analoge/digitale Daten) haben sich rasant
entwickelt. Über die Techniken der digitalen
Bildverarbeitung lassen sich spezifische
Bildinhalte aus dem Datensatz mittels
leistungsfähiger Computer extrahieren. Das
vollautomatisierte Auswerteverfahren wird es
zukünftig jedoch kaum geben - die visuelle
Bildinterpretation/Erfahrung der Interpreten
bleibt somit Grundlage einer jeden Bildanalyse!
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Heute werden zivile Geofernerkundungsdaten
(Luft-/Satellitenbilder) insbesondere in der
Raumplanung, dem Umweltschutz, der
Versorgungswirtschaft, der Lagerstättenexploration
, der Kartographie, der Überwachung (engl.
monitoring) u.ä. als fester Bestandteil von
Raumanalysen eingesetzt. Die Daten sind meist
gegen ein mehr oder minder hohes Entgeld bei den
Vertriebinstitutionen für Jedermann erhältlich.
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Nach der Interpretation der Daten ist der
logische Anknüpfungspunkt für die weitere Nutzung
ein Geoinformationssystem (GIS), welches eine
kausale Verknüpfung von Fernerkundungsdaten mit
anderen Geosachdaten erlaubt.
Bsp.Verknüpfung von multispektralen
Satellitendaten (z.B. LANDSAT TM) mit anderen
Geodaten (Topogr. Karte und Landnutzungklassen)
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Der Interpretation von Luft- und
Satellitenbildern (-daten) wird in Zukunft im
Rahmen einer laufenden Aktualisierung und
Bewertung eines Geodatenbestandes und seiner
Aussagefähigkeit bzgl. einer geowissenschaftlichen
Fragestellung wesentliche Bedeutung zuwachsen!
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Quickbird, Toledo, Spanien, 02.02.2002IR, 72 cm
- Auflösung
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Möglichkeiten die LBAFE bieten sowieAnwendungen
in der Geographie

• Mit dem LB hat die Geographie ein
  Forschungsmittel zur Verfügung, dessen
  sachkundige Auswertung die Voraussetzung für eine
  umfassende Aussage über den zu untersuchenden
  Raum ist
• LB- Analyse ( SB) befasst sich im weitesten
  Sinne mit allen Bereichen der bildlich
  darstellbaren Information aus Luft- und
  Raumfahrzeugen ( analoge und digitale
  Aufnahmetechniken)

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• LB und deren Interpretation eine ideale
  Forschungs-grundlage der Geographie?
• LB-Analyse eine taugliche Arbeitsmethode der
  Geographie?
• Beide Fragen sind eindeutig mit JA zu
  beantworten, wenn folgende Grundvoraussetzungen
  erfüllt werden
• LB stehen nach Wunsch zur Verfügung (Raum, Zeit,
  Maßstab)
• Zugriffsmöglichkeit auf Interpretations- und
  Auswertegeräte
• LB Spiegelstereoskop,
• SB leistungsfähige Hard- und Software,

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Vorzüge von Luft- und Satellitenbild

• Desk Research dreidimensionales Abbild
  (Stereo-Modell) der Landschaft kann ich zum
  Schreibtisch bringen, erspart nicht die
  Feldarbeit (field research) aber viel
  Geländearbeit
• LB ist ein Dokument des momentanen
  Landschaftszustandes
• Wiedergabe eines bestimmten Ausschnittes der
  Erdoberfläche im Augenblick der Aufnahme
  (einschließlich Beleuchtungs- und
  Witterungsverhältnisse)
• aller sichtbaren Einzelheiten
• je nach Bildmaßstab in der Zusammenschau des
  räumlichen Komplexes. 
• ? Je nach Untersuchungsziel können im Überblick
  Zusammenhänge verfolgt werden, die aus der
  Erdsicht nicht oder kaum erkennbar sind (vgl.
  Gebiete, die nicht betreten werden können)

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Vorzüge von LB/SB

• Detaildarstellung und weitflächiger Überblick
• zenitale bzw. grundrissmäßige Übersicht über ein
  Landschaftsgefüge
• gewisse Durchsicht durch Gewässer Bodenschicht
  (vgl. Archäologie)
• LB ist nicht nur minuziöses Abbild einer
  Landschaft, auch
• die Dynamik
• Funktionieren einer Landschaft
• Verflechtungen, Abhängigkeiten und
  Wechselwirkungen
• werden ersichtlich

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Vorzüge von LB/SB

• Ein beliebig großes Bild der Erdoberfläche kann
  rasch bildlich und topographisch erschlossen
  werden
• Bei systematischer Wiederholung können
• tägliche, saisonale, jährliche Veränderungen
  registriert werden, z. B.
• Evidenthaltung von Karten
• Phänologie
• Verkehrszählungen
• Stadtwachstum
• Nutzung von Erholungseinrichtungen
• Ernteschätzungen
• Feindbeobachtung, etc...

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Großflächige Veränderungen, die auf keine andere
Weise so übersichtlich und schnell beobachtet
werden können

• Deltabildungen
• Flussbettverlagerungen
• Überschwemmungen
• Waldbrände
• Vulkanausbrüche
• Meeresverschmutzungen
• Waldschäden
• Eisbergwanderungen

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Problematik der LB-Auswertung und Interpretation
Äußere Einwirkungen Jahreszeit Tageszeit
Sonneneinstrahlung Schattenfall Wetter
Bodenfeuchte
Eigenarten des LB veraltet rasch nicht alles
ist wichtig (keine Generalisierung wie bei
Karte) nicht alles ist identifizierbar
(Geländebegehung notwendig) keine Legende
(ev. Interpretationsschlüssel)
Ergebnis der LB-Interpretation ?
Beobachtung ? Messung
50
Nil Unterlauf mit Delta, Modis
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Venedig, Ikonos
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Venedig, Ikonos, 1m
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Beringsee, Eisberge
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das wars für heute!